隧道地震反射波预报系统研究论文

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论文关键词：工程物探地震方法反射波隧道管波隧道围岩探测TGP隧道地质超前预报系统

论文摘要：隧道工程是铁路、公路和水利水电等大型项目中的重要工程，因地质条件不明造成隧道施工事故的危害是巨大的，加强隧道施工地质超前预报工作是非常必要的。国内外对隧道地震波超前预报技术已研究多年，笔者就这方面的现状及进行了讨论，指出了TSP仪器技术存在的不足，阐述了克服盲目性、提高科学预报的重要性，介绍了新开发的TGP隧道地震波预报系统与技术及应用效果。

随着我国基本建设规模的扩大，隧道工程已经成为铁路、公路和水利水电等大型项目中的重要工程。隧道工程的重要性越来越显著，隧道工程的数量和长度明显增加，规模不断扩大。因此隧道工程的安全施工和贯通，是不可回避重要任务和技术难题。危及隧道工程施工的地质病害大致分为三类：1不良工程地质条件，诸如岩体的裂隙发育密集带、构造破碎带、岩溶发育带、以及人工采矿造成的不良地质条件和高地应力造成的危害等；2不良水文地质条件，诸如岩溶水、构造和裂隙水等；3不良环境条件，诸如有毒有害气体和强放射性的环境。对于以上地质问题,在隧道工程的勘察设计阶段，已经投入大量的地质勘察工作，但是由于地质、地形条件的复杂性和相应勘察技术的现状水平，以及时间、经费等条件的限制，勘察阶段的地质资料一般难于达到施工阶段的精度要求。国内外因地质条件不明造成隧道施工事故的教训是不少的，例如：日本越新干线中山隧道涌水淹没事件；前苏联贝加尔—阿穆尔干线上某隧道的突水事件；我国成昆线、大秦线、衡广复线建设中，因地质问题的停工时间约占到1/3；以及不久前发生的四川某隧道瓦斯爆炸，造成重大事故和人员伤亡。以上隧道施工事故的危害是巨大的，因此强调加强隧道施工地质超前预报工作是非常必要的。

我国隧道地震波超前预报技术的研究起始于上个世纪的90年代，铁道部第一勘测设计院物探队提出“负视速度方法”。铁道部第一勘测设计院是较早研究隧道地震超前预报的单位。他们在1992年7月，利用地震反射波方法对云台山隧道进行隧道超前预报，预报成果与开挖后的隧道左壁“破碎带”和“断层”的位置基本一致。从上个世纪90年代初开始，我国物探技术人员一直没有停止对隧道地震超前预报技术的研究。曾昭璜（1994）研究利用多波进行反演的“负视速度法”，这种方法利用来自掌子面前方的纵波、横波、转换波的反射震相在隧道垂直地震剖面上所产生的负视速度同相轴来反演反射界面的空间位置与产状。北方交通大学的陈立成等人（1994）从全波震相分析理论和技术的角度研究隧道前方界面多波层析成像问题，进行隧道超前预报。他们的研究成果在颉河隧道、老爷岭隧道地质预报中应用，取得预期的效果。该方法的工作原理是以地震反射波方法为基础。工作中他们根据娴熟的地震反射波技术进行数据采集和数据解释，当时没有开发出针对隧道地震预报的处理系统，同时受当时条件所限制，该项技术未能得到进一步深入研究和发展。

1995年左右铁道部下属单位引进瑞士“TSP202”隧道地震波超前预报的仪器，当时曾组织系统内有关地质和物探专家在隧道工点进行了试验，未见明显的效果，认为其技术与“负视速度方法”基本一致，对其处理解释系统争议较大、认识褒贬不一，试验工作无果而终，该设备技术的消化工作也就搁置了。时隔7年后,隧道安全施工要求进行地质预报,该仪器设备由铁路系统的工程局又开始第二次引进，并直接用于隧道施工的预报工作。可以说由于第一次引进消化工作不深入，造成第二次引进后出现：应用工作中的盲目性和简单化，以及其他一些不正常现象。在宜万铁路隧道施工中不断出现的问题，使人们开始反思，不少论文也提出了存在的问题,铁道部也下发文件要求科学地进行超前预报。可以说短短几年的应用实践,人们仍然在探索着地质预报技术的进步。

隧道地震波超前预报属于物探技术，但比地面的地震波物探技术复杂，我国的地质物探工作者一直没有放松该技术的研究工作。北京市水电物探研究所研究地震波勘察检测技术已经有近20年的历史，并且是多道瞬态面波勘察技术的发明单位，生产的SWS型工程勘察与工程检测仪器系统，已经为400多家勘察设计、高等院所广泛应用，并且出口日本等国家。2003年该所投入人力物力研究隧道地震波预报技术，研究TGP12型隧道地质超前预报仪器，以及孔中高灵敏度三分量检波设备，方便的孔中耦合技术，和Windows编程的数据处理软件系统。在经过大量的预报实践验证后，于2005年通过了由国家隧道中心王梦恕院士组织的国内著名隧道专家的评审鉴定。该仪器系统推向市场不到2年的时间，已经有近20台套投入到隧道超前地质预报工作中应用，反馈信息普遍受到用户的好评。

铁道部工程设计鉴定中心赵勇主编的《高速铁路隧道》一书，提出隧道地质超前预报的方法有以下部分组成：①地质分析、②超前平行导坑预报法、③超前水平钻孔法、④物理探测法。并阐述物理探测法与地质分析法、超前平行导坑预报法、超前水平钻孔法相结合，解决不同地质灾害的应用原则。书中介绍了国产TGP隧道地震波预报系统,声波反射方法，地质雷达方法，红外探水方法等。

本文就隧道地震波预报技术中的若干关键问题，并结合应用中的实际问题阐述如下，目的在于引起同行们讨论，促进地震波预报技术理论水平的提高，促进采集数据质量的提高，促进资料的解释推断工作向合理化方向发展。

一、隧道地震波方法的预报原理

隧道地震预报工作利用地震反射波原理，在隧道内以排列方式激发的地震波，向三维空间传播的过程中，遇到声阻抗界面会产生反射波。声阻抗是介质传播弹性波的速度与介质密度的函数，介质的声阻抗数值为速度与密度的乘积。因此地层中的岩性变化界面、构造破碎带、岩溶和岩溶发育带等界面会产生地震反射波，这种反射波被布置在隧道内的检波器接收，输入到仪器中进行信号的放大、数字采集和处理，实现地质预报的目的。

由此可以看出，隧道地震波预报技术是通过直接探查声阻抗变化的界面，经过人工分析实现间接推断地质病害的方法。

图（2）不同夹角构造界面的地震波路径与反射波记录形态

图（1）示意与隧道斜交的构造面，其地震波传播的路径图，构造面上的地震波反射点在白色园内。图（2）示意不同夹角构造面的地震波路径与反射波记录形态，与隧道夹角不同的构造面其反射点位置不同，地震波传播路径偏离隧道轴线也不同。构造面与隧道正交时地震波传播路径与隧道轴线平行，右图为与隧道正交构造面产生的地震反射波记录，根据反射波同相轴计算得到界面与检波点之间岩体的地震波速度，该速度代表隧道围岩的性质。由非正交条件下地震反射波记录获得的速度为地震波传播路径岩体的“视速度”，“视速度”值的大小不仅与路径上岩体的性质有关，而且与界面和隧道的夹角有关。应用地震波预报构造面位置的计算是利用地震波在炮孔段的传播速度，各构造面之间岩体的速度是综合界面反射获得的“估算速度”，不是隧道围岩的真速度，应用中结合反射点偏离隧道轴线距离的远近和岩体的各项异性分布综合考虑使用。

图（2）是理想模式的三份量地震波时距曲线形态。实际工作中采集的地震波是错综复杂的，理想模式的地震波是不常存在的，记录上普遍存在有来自三维空间中多个方向的反射波，和各种形式的干扰波，这是应用技术中首先考虑的问题。

针对隧道地震波传播的复杂性，TGP地震预报系统不仅利用地震反射波走时关系，同时采集空间地震波三分量记录，进行地震波的极化分析与计算，该技术的突破有利于地质构造面产状、规模和地质体性质的预报。

二、TGP隧道地质超前预报系统

隧道地震波预报的早期研究，是由研究和利用地震波在时间空间域中的运动学特征开始的，工作中认识到仅仅利用地震波运动学和动力学特征是不够的。隧道工程的地震波在全三维环境条件下传播，这种条件比地面上的平面半无限空间条件复杂得多，而且隧道内地震波的接收与激发测线与探测目的是近于垂直或者大角度相交的条件，因此影响在地质构造面上获得大长度大面积的地震波信息量。针对这种状况，预报工作仅仅利用单一模态的地震波难以胜任。因此，TGP系统强化采集地震波的多波列信息，综合利用地震波的多波列震相信息，因此TGP系统的功能得到明显的增强。

TGP隧道地质超前预报系统包括仪器设备和处理软件两大部分。其中仪器设备有TGP型仪器主机、接收传感器、孔中定位安装工具和电缆等。图（3）是TGP隧道地质超前预报系统的主机。其处理软件由地震波数据输入与编排、空间坐标建立、能量均衡、干扰波分析与去除、触发时差校正、谱分析、纵横波分离、岩体速度参数计算、回波提取与偏移图、有效波分析与衰减参数计算、极化波处理与构造产状图、综合分析与绘制成果图等模块组成。

工程应用中，TGP型隧道地质预报系统对于500多米距离的构造面具有清楚的地震反射波信息，说明仪器系统具有足够的信噪比。实际工作中考虑预报距离和分辨精度两方面要求，预报距离一般采用150米至200米。TGP型隧道地质预报系统具有登记全部测长距离内地质构造信息的功能，利用逐次递进的位置相关分析，和源生成果对比等处理功能，有利于去伪存真和排除异常，提高预报成果的质量。该系统2005年8月通过由国内知名隧道、地质、物探专家组成的专家组评审鉴定。专家们一致认为“TGP12仪器与相关的处理系统，性能稳定可靠，采集的波形完整，信噪比高，与国外同类仪器对比整体上具有国际先进水平，可替代进口产品。”具体评审意见如下：

1、TGP12是集信号放大，模数转换，数据采集、存储和控制为一体的密封防水防震的物探设备；优于利用微机装配式结构的仪器，TGP12适合在恶劣的隧道环境中使用。

2、TGP12的三分量速度型检波器具有高灵敏度，指向性强和较宽的频带响应等特点，因而拾取的地震波信号具有高的质量品质。TGP12孔中接收检波器采用黄油耦合，方便、经济、快捷。优于在钻孔中需要锚固异型钢导管的方式。2米长的钢导管难于携带、运输，价格昂贵，一次性使用，费事费工费财。

3、TGP12的地震波采集触发是开路触发方式，即信号线在雷管引爆炸药的同时被炸断，信号线同时开路触发仪器采集，仪器采集无延时差，保证定位的准确性。超前预报仪器若采用起爆器电脉冲同时触发电雷管和触发主机采集的方案，由于电雷管起爆的延时时间难于做到一致，因此会造成仪器采集的走时误差，这种触发方式在我国的地震波勘探规程中明确规定不宜使用，更何况隧道岩体的速度比覆盖层介质的速度高出几倍以上，以岩体波速4500m/s～5500m/s为例计算，每一毫秒误差会造成2～3m的预报距离误差，一般瞬发电雷管的延时误差不止一毫秒，因此由20多次激发的平均线计算隧道岩体速度，和利用存在误差的时间计算距离，两次误差的乘积造成的误差不容忽视。

4、TGPWIN隧道地震波处理分析软件借鉴了已有相关软件的长处，并充分考虑弹性波在三维空间的传播特点，以及根据TGP仪器采集的数据格式编写。功能特点如下：

（1）全中文界面，通俗易懂，对地震波信号的处理过程，直观、方便，具有友好的人机操作界面。

（2）对P波、SH波、和SV波的分离完善合理，这是超前地质预报数据处理的关键工作之一。

（3）处理软件具有相关部分互相检查的功能，例如点击偏移归位成果图上的反射界面位置，程序会转到该位置界面的反射波组位置，通过分析反射波组的连续性、反射波的极性和能量，确定偏移成果的可靠性和性质。有助于去伪存真，由此及彼，由表及里，深化认识，使预报结论科学可靠。

（4）TGPWIN处理中有自动处理方式，也有手动处理方式，有深入分析异常可靠程度的追踪功能，这样设计既适应非物探专业的普通工程技术人员使用，又适应物探专业人员分析地震波传播特性，对复杂地质条件进行深入研究工作的需要。

5、TGP12系统只要增加不多的配套附件和软件模块，就可以增加仪器用于隧道检测的其它功能，例如：对已衬砌的隧道进行衬砌脱空检测，检查隧道围岩中隐蔽的病害（岩溶）。也可以在掌子面上用锤击的激发方式做到短距离更为精确的地质预报，因而它是一机多能的设备。

TGP12的性价比与国外同类仪器相比具有明显的优势。而且研发、生产在国内，用户可以获得及时周到的技术服务和技术支持，以及仪器维修等方面的方便性。

三、工程应用实例

宜万铁路凉风亚隧道的岩性为灰岩，TGP12型仪器与进口TSP203仪器进行了同点试验，预报成果如下，见图（4）、图（5）。

由以上成果图可以看出：在DK53+322—DK53+346；DK53+370—DK53+380；DK53+390—DK53+420三处存在构造异常，其中DK53+322—DK53+346、DK53+370—DK53+380两处的Vsh波比Vp波反射幅度大，推断以上两处构造带存在有充水或岩溶发育的可能性、。此结论经过日后的隧道开挖证明完全正确。在隧道施工的《变更设计建议书》中结论：“在隧道左壁的DK53+322段发现岩溶，溶蚀带宽度为2.5米，溶蚀带穿过隧道拱顶至右壁的DK53+340米段，并向边墙外延伸，雨后DK53+322处溶洞有较大水量流出，DK53+339处溶洞有少量渗水。该段围岩较破碎，节理发育，受溶洞影响，拱顶岩层出现楔体破坏、掉块”。

TGP12型隧道地质预报系统在云南水富高速公路冷水溪隧道，宜万铁路王家岭隧道、凉风垭隧道，青岛海滨高速仰口隧道，重庆地区数条公路隧道，以及武广客运专线大瑶山隧道等工程使用，获得满意的预报效果。

1、隧道地震波超前预报的概念解释

隧道地震波超前预报技术翻译成英语是“TunnelSeismicPrediction”，简称“TSP”。在我国《客运专线铁路隧道施工技术指南》的第5.0.8条使用了“TSP”缩写词。一般规程中使用缩写英语字母表示某种技术是正常的事情，但是在隧道地质超前预报工作中却出现被歪曲利用的现象，把“TSP技术”歪曲解释成“TSP***仪器”。这种现象对隧道超前预报技术的应用，造成了不良的影响。在有的地方和部门的隧道施工招标和设备招标工作文件中也存在把“TSP技术”歪曲解释成“TSP***仪器”的现象，这是对隧道地震波预报技术缺乏科学认识。

因此，正确认识：“TSP技术”即隧道地震波超前预报技术，有益于正确执行我国的现行隧道规程规范和法规，有益于隧道工程的招投标工作，有益于隧道地震波预报技术的进步，有益于诚实诚信的预报技术服务。

2、隧道地震波预报中的接收与激发问题

在隧道地震预报工作中，有的采用把接收与激置在隧道的洞壁上，这种做法不妥当。众所周知，洞壁的表面波传播较强，对地震反射波会形成不容忽视的干扰。同时钻爆施工影响洞壁岩体松动，局部超欠挖使得洞壁岩体不平整和完整性差，接收检波器和激发点受局部岩体影响大，地震波的传播和衰减比较复杂，严重影响地震波记录的一致性，大大降低有效波的信噪比。因此不宜采取在洞壁激发与接收的做法。

有关

在洞壁激发和接收中面波的干扰问题，原清华大学声学教研室的沈建国教授曾经作过物理模型试验，见图（6）。模型设计在隧道前方有一个溶洞，洞径与隧道断面相当，分别在洞壁的4个深度布置接收排列。

图（7）是洞壁采集的地震波记录，图（8）是在洞壁一定深度内采集的地震波记录。图中：蓝色直线Vp表示直达纵波；蓝色曲线Vp1表示溶洞的反射纵波；红色直线Vr的后面表示面波。由图（7）与图（8）对照可以看到：图（7）面波Vr幅度强，溶洞的反射波无法分辨；图（8）的面波Vr幅度大大减弱，溶洞的反射波较清晰的表现出来。这个模型试验的结果明确说明面波的干扰在钻孔一定深度呈现减弱的趋势。因此，在隧道地震波超前预报检测工作中，采取孔中激发和接收技术措施压制面波非常必要，是提高反射回波记录信噪比质量的重要环节。

TGP隧道地震波预报系统的接收和激发，结合现场施工的方便性，要求钻孔的深度为2.0米。钻孔中采用炸药爆炸产生震源，控制使用小药量炸药，在有条件的地方尽量使用高爆速炸药，同时在孔中充水的条件下爆炸。在充水的条件下爆炸有以下好处：易于产生高频地震波，提高分辨率；同时爆炸泄放到隧道内的爆炸声音小，减弱隧道管波的干扰能量；爆炸时水由孔中喷出的过程有益于产生水平偏振，加强横波的能量，有利于地震预报工作中实现采集高质量的多波信息，实现多波多参数的预报目的。钻孔中接收，采用具有高指向性和高灵敏度的三分量接收探头安置在钻孔的底部，通过耦合剂实现与钻孔壁的直接接触，检波器信号输出采用软电缆，和采用吸声软材料封堵钻孔口等措施，对于高保真地接收地震有效波信号，减少产生干扰波环节等方面很有益处。

3、隧道地震波预报中的干扰波

在隧道地震波采集过程中，存在着多种干扰波，对此必须有明确地认识。例如：对头隧道施工和邻洞施工的干扰波；地表地形和来自其他方向的反射波干扰；洞内电磁波干扰；以及接收装置设计不当产生的干扰波等等。正确认识干扰波和产生的原因，才会采取正确的措施获得高质量的现场地震波记录。下面重点讨论隧道管波的干扰问题。

隧道管波由激发孔爆炸时声波泄放到隧道中产生，被接收传感器接收造成对记录的干扰，见图9。

图中地震记录50毫秒以下出现的呈斜线“黑点”，在右图中斜线用“紫线”表示，由记录上的时距线计算“紫线”表示的速度为340m/s，该线以下的波（左半图中黑色部分）为空气中传播的声波，我定义这种波为“隧道管波”，“隧道管波”出现后覆盖其后出现的地震反射波。“隧道管波”幅度的大小与激发和接收条件有关，“隧道管波”在地震记录上出现的位置与采集偏移距离有关。该紫色线位置为偏移距离为20m的“隧道管波”出现位置。图中蓝色线表示速度为4500m/s的前行纵波和反射纵波，红色线表示速度为2500m/s的前行横波和反射横波。上部的蓝色线Vp和红色线Vs分别表示由震源向前传播的直达纵波与横波。下部的多条蓝色线Vp100、Vp150、Vp200分别表示掌子面前方100米、150米、200米距离处构造面的反射纵波，多条红色线Vs100、Vs150分别表示掌子面前方100米、150米距离处构造面的反射横波。由图看出有30%地震道的反射纵波和50%以上地震道的反射横波淹没在“隧道管波”的干扰中。如果隧道围岩的纵波速度低于4500米/秒、横波速度低于2500米/秒，将会有更多的地震道淹没在“隧道管波”的干扰中，其中影响横波的程度更为严重，这种现象严重影响纵、横波双参数预报。

我提出隧道管波的严重干扰问题，希望引起足够的重视，加强地震波检测理论的学习，克服对有效波和干扰波不加区分，盲目按照流程进行处理的做法，才可以纠正成果中以夹杂干扰波假象进行预报的局面。

在京西梨园岭隧道TGP206与TSP200在同一次预报中进行试验对比，发现TSP200仪器采集的记录中有严重的隧道管波，TGP206仪器采集的记录中无隧道管波。两台仪器工作中使用同一批24炮震源和在同一位置接收，采集的地震波记录出现如此之大的区别，关键在TSP200仪器的接收装置设计不合理。我分析过近百个TSP203与TSP200仪器采集的记录文件，记录上普遍存在着“隧道管波”，检查数据处理的过程中也未见对干扰波进行处理，而是作为地震反射波数据参与了处理，隧道管波干扰的假象混杂在预报成果图中。近几年，我看到的使用TSP203和TSP200资料发表的预报文章中，其现场采集的偏移距离（接收到最近激发炮之间的距离）普遍使用15米或者20米，炮孔之间的距离为1.5米至2米左右。在隧道管波干扰的情况下，这种布置采集的记录见图（9），记录上的隧道管波是构成对有效波预报的严重干扰。我们对以如上参数采集的记录作个初步的分析，假设岩体条件为完整的微风化硬岩，以岩体的纵波速度为4500米/秒，横波速度为2500米/秒计算，未受隧道管波干扰的距离：纵波成果为120米左右，横波成果为60米左右。以现行TSP200或者TSP203双参数预报的做法评论，其未受隧道管波干扰的预报距离为60米左右。如果岩体条件降低，双参数预报的距离还要大打折扣。如果按预报150米距离分析，其中有90米左右的距离中包含有隧道管波的假象资料。请有关使用者自己检查已经处理过的文件，分析我的结论是否有道理。也不妨召开一个有代表性，而且能够深度研究隧道地震波预报技术的会议，研讨是否存在隧道管波干扰的问题和改进措施。

我提出一个不得已而为之的方法，供大家思考。根据各种波传播路径和速度差异的原理，即隧道管波在隧道内的空气中传播，其速度低，地震波在岩体中传播其速度高，现场采用加大偏移距离进行预报数据的采集方法，利用岩体的地震波速度明显高于空气中声波速度的条件，使隧道管波下移，延迟隧道管波在地震波记录出现的时间，加大反射波接收的时间窗口，可以起到加大预报距离的目的。图（10）下部标注有20、30、40的三条紫色线分别表示：偏移距离为20米、30米、40米情况下的隧道管波的出现位置。由图可见，如果采用40米的偏移距离，隧道管波下移，反射波的时间窗口加大，在岩体为完整微风化硬岩的条件下，纵波反射基本上不受干预，横波反射受影响的地震道约为30%。这种方法的不利点是偏移距离加大会影响到地震波频率的降低和能量的衰减，但是权衡利弊，实现“隧道管波”下移的方法，避开隧道管波的干扰，无疑是一个不坏的办法。

隧道管波在记录上的幅度与激发泄放到隧道中的能量，以及接收装置系统对隧道管波的压制能力有关。“隧道管波”产生的源头在激发，在激发孔没有注满水、或激发孔太浅的条件下，激发能量会大量泄放到隧道内。因此，注意改善激发条件有利于减弱隧道管波的干扰。

有关是否可以采取滤波方式处理“隧道管波”的问题。“隧道管波”的频率与激发条件、接收装置条件、以及隧道围岩的性质等有关系，也存在接收装置系统在受震条件下产生次生震荡波，综合起来的干扰波比较复杂。通过滤波方式处理不宜实现滤除目的，如果采用的滤波参数不合理，还会产生改变地震波信息造成其它成果假象的可能性。

4、隧道埋深与预报距离

有一位从事海底隧道地震波超前预报的工程师向我询问有关预报距离的问题，海底隧道在基岩和海底的沉积地层中穿过，如果基岩面的起伏较大，这一类情况与地面上的浅埋隧道一样。在隧道地震超前预报中，海底地形界面和起伏的基岩面同样是地震波的反射面，因此，地形界面和土石界面产生的反射波，与地质构造面产生的反射波均会被仪器接收并叠加在一起，造成地震波记录复杂化。所以，在海底隧道或者浅埋隧道进行超前预报时，要综合考虑上述影响，合理确定预报的距离。一般在无法剔除地形等界面反射波影响的条件下，控制预报距离小于隧道埋藏深度为宜，对于大于埋深的距离预报要慎重。

5、关于围岩参数的预报问题

关于隧道围岩参数的预报问题，应该明确两个问题：一是地震波预报方法获得围岩参数的原理和作用；二是利用围岩参数变更隧道围岩级别的合理性。

地震波预报方法获得的基本参数是纵波速度和横波速度，其他参数均是由此计算得到的二级参数。利用地震波方法求取速度参数计算的过程中，速度数值与介质本身和反射界面的角度两个变量有关系。在地震波预报求取速度的过程中，以测量段（炮孔段）岩体速度为基本参考值，计算中同时考虑岩体反射界面的反射幅度强弱作为计算因素，带有相关比较的性质，因此得到的速度数值称为估算速度，利用估算速度曲线的分布作为分析相邻岩体的定性比较具有一定的合理性。但是，它既不是常规地震波勘探中的均方根速度，也不是岩体的真速度。

地质界面与隧道的关系，地质界面正交隧道轴线的情况应该说是个别的，普遍存在的应该是与隧道存在夹角的情况，因此普遍存在的是地震反射波路径与隧道轴线不重合，地质界面与隧道的夹角越小（以正交为90度），地震波路径与隧道轴线的夹角越大，即地震波路径偏离隧道越远。因此，利用地震反射波路径方向上的速度代表隧道围岩，存在不合理性，因为地质岩体具有的非均质、非连续和各向异性是不容忽视的。

在明确地震波预报获取的速度含义以后，我们来分析利用该速度进行“隧道围岩弹性波分级法”和变更隧道围岩级别的问题。“隧道围岩弹性波分级法”顾名思义，是隧道围岩弹性波的一个分级方法，而不是隧道围岩地质分级的全部。勘察设计报告中围岩级别的结论是综合考虑：隧道通过地带岩体的工程地质、水文地质、隧道埋深与地应力，以及隧道围岩弹性波参数等多方面的资料做出的，仅仅利用预报获得的岩体参数变更围岩的级别存在着片面性。

举例说明如下：图（11）是TSP203仪器预报成果图中的一部分，图中上半部分三项参数的直方图，由上而下为岩体分段的纵、横波速度参数值；岩体的密度值；和岩体的弹性模量值。图的下半部分为反射界面的分布图。以图中的反射界面线与隧道里程线的交点为序，统计反射界面与隧道轴线的夹角，汇总成表1。

序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

里程

2084

2092

2104

2108

2109

2116

2136

2152

2164

2184

2188

夹角

45°

75°

70°

65°

75°

80°

80°

70°

90°

70°

80°

以表1中最后两个界面的里程和夹角，根据隧道地震反射波传播理论，采用作图方法，绘制的地震反射波的射线路经，分别见图（12）。

上图的预报距离为100米：图中序号11的界面在2188里程，构造面与隧道夹角80°，其地震射线与隧道夹角10°～15°，反射段偏离隧道距离32～37米；图中序号10界面在2184里程，构造面与隧道夹角70°，其地震射线与隧道夹角20°～30°，反射段偏离隧道距离49～59米。如果以正常预报距离150米计算，反射段偏离隧道的距离达到70～80米。地震波射线与隧道轴线方向不同，射线路经与隧道轴线也不具备重合条件，而且偏离隧道50至80米多米以外，这样的速度资料作为隧道掌子面前方围岩的速度不具备代表性，以此变更隧道围岩的分级则更无道理。至于图中提供的其他岩体动参数，例如：动弹性模量、动剪切模量、动泊松比和岩体密度值等参数，皆由岩体纵波和横波速度计算而来，摆在报告中也就是一堆动参数。况且在没有具体岩体动静参数对比资料的基础上，如何使用也存在问题。

我认为隧道地震波超前预报，应该是以预报地质灾害和不良地质条件为主，以估算速度参数定性评价围岩地质条件为辅的方法。

五、结语

随着我国基本建设规模的扩大，隧道工程已经成为铁路、公路和水利水电等大型项目中的重要工程。根据国内外隧道施工的经验和教训，科学地开展隧道地质超前预报工作是非常重要和必要的。近几年来隧道地震波预报技术已经成为工程界的热门话题，自然也会出现各显神通的局面，因此，围绕预报中有关技术问题展开讨论，进行必要的技术交流，对于促进应用技术的科学进步，促进隧道地震波预报技术的提高，是非常必要的。